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地面沉降原因 地面下沉的原因是什么-地面沉降的原因有哪些

刘备的考拉 14 字体： 放大 缩小
1、原因有两种，一种是地质原因，另一种是人为原因造成的。

2、地面沉降的地质原因。从地质因素看，自然界发生的地面沉降大致有下列三种原因：地表松散地层或半松散地层等在重力作用下，在松散层变成致密的、坚硬或半坚硬岩层时，地面会因地层厚度的变小而发生度沉降。因地质构造作用导致地面凹陷而发生沉降。地震导致地面沉降。

3、地面沉降的知人为原因：地面沉降现象与人类活动密切相关。现在们研究地面沉降的原因时，不难发现，人为因素已大大超过了自然因素。尤其道是近几十年来，人类过度开采石油、天然气、固体矿产、地下水等地下资源，使贮存这些固体、液体和气体的沉积层的孔隙压力发生趋内势性的降低，有效应力增大，从而导致地层的压密。直接导致了今天全球范围内的地面沉降。

4、人为的地面沉降广泛见于一些大量开采地下水的大城市和石油或天然气开采区。地面沉降主要由抽水作用形成，但又与软土层的厚度、容地壳下沉，以及高层建筑等因素密切相关。

地面沉降的原因有哪些？

地面沉降是自然因素和人为因素综合作用下形成的地面标高损失。自然因素包括构造下沉、地震、火山活动、气候变化、地应力变化及土体自然固结等。人为因素主要包括开发利用地下流体资源（地下水、石油、天然气等）、开采固体矿产、岩溶塌陷、软土地区与工程建设有关的固结沉降等。原因如下：

第一是开发利用地下流体资源。由于抽取地下水，在许多国家和地区产生了地面沉降。20世纪20年代，我国上海、天津在市区集中开采地下水的地区发生地面沉降。华北平原地下水降落漏斗和地面沉降已经引起广泛关注。

第二是岩溶塌陷。中国是世界上岩溶最多的国家之一。随着岩溶地区国民经济的飞速发展，岩溶区土地资源、水资源和矿产资源开发不断增强，由此引发的岩溶塌陷问题日益突出，已成为岩溶地区主要地质灾害问题。

第三是开采固体矿产。矿山塌陷多分布在矿山的采空区，以采煤塌陷最为突出。中国有约20个省区发生采空塌陷，以黑龙江、山西、安徽、山东、河南等省最为严重。

第四是工程环境效应。密集高层建筑群等工程环境效应是近年来新的沉降制约因素，在地区城市化进程中不断显露，在部分地区的大规模城市改造建设中地面沉降效应明显。

扩展资料：

地面沉降的危害主要有：

（1）毁坏建筑物和生产设施；

（2）不利于建设事业和资源开发。发生地面沉降的地区属于地层不稳定的地带，在进行城市建设和资源开发时，需要更多的建设投资，而且生产能力也受到限制；

（3）造成海水倒灌。地面沉降区多出现在沿海地带。地面沉降到接近海面时，会发生海水倒灌，使土壤和地下水盐碱化。对地面沉降的预防主要是针对地面沉降的不同原因而采取相应的工程措施。

地面沉降会对地表或地下构筑物造成危害；在沿海地区还能引起海水入侵、港湾设施失效等不良后果。人为的地面沉降主要是过量开采地下液体或气体，致使贮存这些液、气体的沉积层的孔隙压力发生趋势性的降低，有效应力相应增大，从而导致地层的压密。

地面沉降的原因有哪些

一、什么是地面沉降
地面沉降又称为地面下沉或地陷,它是在人类工程经济活动影响下,由于地下松散地层固结压缩,导致地壳表面标高降低的一种局部的下降运动(或工程地质现象)。
二、地面沉降能造成哪些危害
地面沉降会对地表或地下构筑物造成危害,在沿海地区还能引起海水入侵、港湾设施失效等不良后果,其危害主要有:①毁坏建筑物和生产设施,不利于建设事业和资源开发。发生地面沉降的地区属于地层不稳定的地带,在进行城市建设和资源开发时,需要更多的建设投资,而且生产能力也受到限制。②造成海水倒灌。地面沉降区多出现在沿海地带,地面沉降到接近海面时,会发生海水倒灌,使土壤和地下水盐碱化。
三、地面沉降有哪些类型
地面沉降有自然的地面沉降和人为的地面沉降。自然的地面沉降:一种是地表松散或半松散的沉积层在重力的作用下,由松散到细密的成岩过程;另一种是由于地质构造运动、地震等引起的地面沉降。人为的地面沉降主要是过量开采地下液体或气体,致使贮存这些液体、气体的沉积层的孔隙压力发生趋势性的降低,有效应力相应增大,从而导致地层的压密。
我国出现地面沉降的城市较多。按发生地面沉降的地质环境可分为3种模式:①现代冲积平原模式,例如,我国的几大平原。②三角洲平原模式,尤其是在现代冲积三角洲平原地区,例如,长江三角洲就属于这种类型。常州、无锡、苏州、嘉兴、萧山的地面沉降均发生在这种地质环境中。③断陷盆地模式,它又可分为近海式和内陆式两类。近海式指滨海平原,如宁波;内陆式为湖冲积平原,如西安市、大同市。
不同地质环境模式的地面沉降具有不同的规律和特点,在研究方法和预测模型方面也应有所不同。
另外,根据地面沉降发生的原因还可分为①构造沉降:由地壳沉降运动引起的地面下沉现象。②抽汲地下水引起的地面沉降:由于过量抽汲地下水(或油、气)引起水位(或油、气压)下降,在欠固结或半固结土层分布区,土层固结压密而造成的大面积地面下沉现象。③采空沉降:因地下大面积开采石油、天然气,采空引起顶板岩(土)体下沉而造成的地面碟状洼地现象。④抽汲卤水引起的地面沉降。
中国出现地面沉降的城市较多。我国已经陆续发现具有不同程度的区域性地面沉降的城市有30多座。可能还有一些城市虽已发生沉降,但因没有进行全国性全面的城市精密测量,所以不能给出沉降城市的准确数字。以下简要介绍几座地面沉降较严重的城市。
1)上海市。从1921年发现地面下沉开始,到1965年止,最大的累计沉降量已达2.63米,影响范围达400平方千米。有关部门采取了综合治理措施,采用人工回灌方法,使地下水位回升,地面部分回弹,市区地面沉降已基本上得到控制。从1966~1987年22年间,累计沉降量36.7毫米,年平均沉降量为1.7毫米。
2)天津市。从1959~1982年间最大累计沉降量为2.15米。1982年测得市区的平均沉降速率为94毫米。目前,最大累计沉降量已达2.5米,沉降量100毫米以上的范围已达900平方千米。
3)北京市。自20世纪70年代以来,北京的地下水位平均每年下降1~2米,最严重的地区水位下降可达3~5米。地下水位的持续下降导致了地面沉降。有的地区(如东北部)沉降量590毫米。沉降总面积超过600平方千米。而北京城区面积仅440平方千米,所以,沉降范围已波及郊区。
4)西安市。地面沉降发现于1959年,1971年后随着过量开采地下水而逐渐加剧。1972~1983年,最大累计沉降量777毫米,年平均沉降量30~70毫米的沉降中心有5处。1983年后,西安市地面沉降趋于稳定发展,部分地区还有减缓的趋势。到1988年最大累计沉降量已达1.34米,沉降量100毫米的范围达200平方千米。
5)太原市。经1979年、1980年、1982年3次在市区600平方千米范围的测量,发现沉降量大于200毫米的面积有254平方千米,大于1000毫米的沉降区面积达7.1平方千米。最严重的是吴家堡,其次是小店。吴家堡水准点的累计沉降量:1980年是819毫米,1982年是1232毫米,到1987年累计沉降量达1380毫米。
此外,还有宁波市,常州市,苏州市,无锡市,嘉兴市,杭州市,台湾省的屏东、彰化、云林、嘉义、台中和台北等6个县(市),均发生了不同程度的地面沉降。
四、地面沉降发生的原因
产生地面沉降虽然与许多因素有关,但导致地面沉降灾害的主要原因是人类工程经济活动。人类工程经济活动的作用有两个方面:一是有可能加剧地面沉降;二是也能减缓地面沉降的速率与强度。人类活动加剧地面沉降,主要表现在以下几个方面:①大量开采地下水、地下水溶性气体或石油等活动,已被公认为人类活动中造成大幅度、急剧地面沉降的最主要原因;②开采地下固体矿藏特别是沉积矿床,例如,煤矿、铁矿,将形成大面积的地下采空区,导致地面变形(下沉);③重大的工程建筑物对地基施加的静荷载,使地基土体发生变形;④即使是在低荷载的持续作用下,土体的蠕变也可引起地基土的缓慢变形。地面上的动荷载(振动作用)在一定条件下也将引起土体的压密变形。
五、地面沉降的观测和普查
地面沉降的观测主要是:①对研究区的水准测量点定期进行测量;②对含水层地下水开采量(含回灌量)及地下水位进行长期观测;③室内试验和野外试验,包括常规试验、微观结构研究、高压固结、三轴剪切、长期流变、孔隙水压力消散、室内模型试验等,野外试验主要有抽水试验、口灌试验、静力触探等;④设立沉降标、孔隙水压力标和基岩标用以深入了解各上层和含水层的变形规律及地下水位动态变化规律。

地面沉降的成因机制和形成条件

地面沉降成因主要包括新构造运动、开发利用地下流体资源、开采地下固体矿产、岩溶塌陷、冻土融化和工程建设等因素。其成因机制和形成条件如下：

（1）地面沉降的成因机制

由于地面沉降的影响巨大，因此早就引起了各国政府和研究人员的密切注意。早期研究者曾提出一些不同的观点，如新构造运动说、地层收缩说和自然压缩说、地面动静荷载说、区域性海平面上升说等。大量的研究证明，过量开采地下水是地面沉降的外部原因，中等、高压缩性黏土层和承压含水层的存在则是地面沉降的内因。因而多数人认为沉降是由于过量开采地下水、石油和天然气、卤水以及高大建筑物的超量荷载等引起的。

在孔隙水承压含水层中，抽取地下水所引起的承压水位的降低，必然要使含水层本身及其上、下相对隔水层中的孔隙水压力随之而减小。根据有效应力原理可知，土中由覆盖层荷载引起的总应力是由孔隙中的水和土颗粒骨架共同承担的。由水承担的部分称为孔隙水压力（pw），它不能引起土层的压密，故又称为中性压力；而由土颗粒骨架承担的部分能够直接造成上层的压密，故称为有效应力（ps）；二者之和等于总应力。假定抽水过程中土层内部应力不变，那么孔隙水压力的减小必然导致十中有效应力等量增大，结果就会引起孔隙体积减小，从而使土层压缩。

由于透水性能的显著差异，上述孔隙水压力减小、有效应力增大的过程，在砂层和粘土层中是截然不同的。在砂层中，随着承压水头降低和多余水分的排出，有效应力迅速增至与承压水位降低后相平衡的程度，所以砂法压密是“瞬时”完成的。在黏性土层中，压密过程进行得十分缓慢，往往需要几个月、几年甚至几十年的时间；因而直到应力转变过程最终完成之前，黏土层中始终存在有超孔隙水压力（或称剩余孔隙水压力）。它是衡量该土层在现存应力条件下最终固结压密程度的重要指标。

相对而言，在较低应力下砂层的压缩性小且主要是弹性、可逆的，而黏土层的压缩性则大得多且主要是非弹性的永久变形。因此，在较低的有效应力增长条件下，黏性土层的压密在地面沉降中起主要作用，而在水位回升过程中，砂层的膨胀回弹则具有决定意义。

此外，土层的压缩量还与土层的预固结应力（即先期固结应力）、土层的应力—应变性状有关。由于抽取地下水量不等而表现出来的地下水位变化类型和特点也对土层压缩产生一定的影响。

（2）地面沉降的产生条件

从地质条件，尤其是水文地质条件来看，疏松的多层含水层体系、水量丰富的承压含水层、开采层影响范围内正常固结或欠固结的可压缩厚层黏土层等的存在，都有助于地面沉降的形成。从土层内的应力转变条件来看，承压水位大幅度波动式的持续降低是造成范围不断扩大累进性应力转变的必要前提。具体体观在以下五个方面：

① 厚层松散细粒土层的存在

地面沉降主要是抽采地下流体引起土层压缩而引起的，厚层松散细粒土层的存在则构成了地面沉降的物质基础。在广大的平原、山前倾斜平原、山间河谷盆地、滨海地区及河口三角洲等地区分布有很厚的第四系和新近系松散或未固结的沉积物，因此，地面沉降多发生于这些地区。如在滨海三角洲平原，第四纪地层中含有比较厚的淤泥质黏土，呈软塑状态或流动状态。这些淤泥质黏性土的含水量可高达60%以上，孔隙比大、强度低、压缩性强，易于发生塑性流变。当大量抽取地下水时，含水层中地下水压力降低，淤泥质黏土隔水层孔隙中的弱结合水压力差加大，使孔隙水流入含水层有效压力加大，结果发生黏性十层的压缩变形。

易于发生地面沉降的地质结构为砂层、粘土层互层的松散土层结构。随着抽取地下水，承压水位降低，含水层本身及其上、下相对隔水层中孔隙水压力减小，地层压缩导致池面发生沉降。

② 长期过量开采地下流体

未抽取地下水时，黏性土隔水层或弱隔水层中的水压力与含水层中的水压力处干平衡状态。抽水过程中，由于含水层的水头降低，上、下隔水层中的孔隙水压力较高，因而向含水层排出部分孔隙水结果使上、下隔水层的水压力降低。在上覆土体压力不变的情况下，黏土层的有效应力加大，地层受到压缩，孔隙体积减小。这就是黏土层的压缩过程。

由于抽取地下水，在井孔周围形成水位下降漏斗，承压含水层的水压力下降，即支撑上覆岩层的孔隙水压力减小，这部分压力转移到含水层的颗粒上。因此，含水层因有效应力加大而受压缩，孔隙体积减小，排出部分孔隙水。这就是含水层压缩的机理。

地面沉降与地下水开采量和动态变化有着密切联系：地面沉降中心与地下水开采漏斗中心区呈明显一致性；地面沉降区与地下水集中开采区域大体相吻合；地面沉降量等值线展布方向与地下水开采漏斗等值线展布方向基本一致，地面沉降的速率与地下液体的开采量和开采速率有良好的对应关系；地面沉降量及各单层的压密量与承压水位的变化密切相关；许多地区已经通过人工回灌或限制地下水的开采来恢复和抬高地下水位的办法，控制了地面沉降的发展，有些地区还使地面有所回升。这就更进一步证实了地面沉降与开采地下液体引起水位或液体沉降之间的成因联系。

③ 新构造运动的影响

平原、河谷盆地等低洼地貌单元多是新构造运动的下降区，因此，由新构造运动引起的区域性下沉对地面沉降的持续发展也具有一定的影响。

西安地面沉降区位于西安断陷区的东缘，由于长期下沉，新生界累计厚度已经超过3000m。1970～1987年，渭河盆地大地水准测量表明，西安的断陷活动仍在继续，在北部边界渭河断裂及东有部边界临渝-长安断裂测得的平均活动速率分别为3.37mm/a和3.98mm/a，构造下沉约占同期沉降速率的3.1%～7%。

④ 城市建设对地面沉降的影响

相对于抽采地下流体和构造运动引起的地面下沉，城市建设造成的地面沉降是局部的，有时也是不可逆转的。

城市建设按施工对地基的影响方式可分为以水平方向为主和以垂直方向为主的两种类型。前者以重大市政工程为代表，如地铁、隧道、给排水工程、道路改扩建等，利用开挖或盾构掘进，并铺设各种市政管线。后者以高层建筑基础工程为代表，如基坑开挖、降排水、沉桩等。沉降效应较为明显的工程措施有开挖、降排水、盾构掘进、沉桩等。

若揭露有流砂性质的饱水砂层或具流变特性的饱和淤泥质软土，在开挖深度和面积较大的基坑时则有可能造成支护结构失稳，从而导致基坑周边地区地面沉降。而规模较大的隧道、涵洞的开挖有时具有更显著的沉降效应。降排水常作为基坑等开挖工程的配套工程措施，旨在预先疏干作业面渗水，其机理与抽取地下水引发地面沉降一致。

城建施工造成的沉降与工程施工进度密切相关，沉降主要集中于浅部工程活动相对频繁和集中的地层中，与开采地下水引起的沉降主要发生在深部含水砂层有根本区别。

总言之，地壳沉降活动、松散沉积物的自然固结、人类开采地下水或油气资源引起的土层压缩等因素都会引起地面沉降，但从灾害研究角度而言的地面沉降是指人类活动引起的地面沉降，或者是以人类活动为主、自然动力为辅而引起的地面沉降。地面沉降的形成条件主要包括两个方面：一是具有地面沉降的地质条件，即具有较高压缩性的厚层松散沉积物；二是具备地面沉降的动力条件，如人类长期过量开采地下水和地下沼气资源等。

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